No title

Investice do rozvoje vzdělávání

Inovace studia molekulární a buněčné biologie reg. č. CZ.1.07/2.2.00/07.0354

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.



ZTOX / Základy Toxikologie

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.



Distribuce,Eliminace, Toxikokinetika Vlivy na metabolismus cizorodých látek

Radim Vrzal




Seznámit s procesy eliminace škodlivin, časovou závislostí koncentrace toxických látek v těle, jejím matematickým zpracováním Distribuční objem, renální eliminace, enterohepatální oběh, AUC


Distribuce = Přesun látky z místa absorpce do cílové tkáně/celého organismu = reversibilní pohyb škodliviny mezi krví a tkáněmi


-

-

Vlivy na distribuci: vs tuková tkáň

- promývání tkáně (perfuse) – mozek, játra

- vazba na proteiny - exkrece, biotransformace fyz.chemické parametry – pKa, rozpustnost v tucích, Mw

-

z krve do tkání – většinou difuzí po gradientu Akumulace v tkáních, pro které je vysoká afinita – k dosažení efektu v místě účinku nutná vyšší koncentrace

-

„Výhoda“ je-li látkou škodlivina (Tetracyklinová antibiotika – afinita pro místa s vysokým obsahem Ca2+; Pb – afinita pro kosti; Antimalarikum quinacrine se akumuluje v játrech; PCB – akumulace v tucích) Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

Limity distribuce - Anatomické bariéry – mozkomíšní bariéra (BBB) - Vazba na protein – snížení aktivní koncentrace


k1, k2 – asociace / disociace Proteiny vážící xenobiotika: albumin, a1-acid glykoprotein, lipoproteiny (HDL, VLDL, LDL), globuliny Množství navázané na protein = afinita, počet vazebných míst, koncentrace škodliviny Vazba na protein nebrání dosažení místa účinku, jen snižuje rychlost s jakou je účinku dosaženo. Vazba na proteiny - Kovalentní – uplatnění v případech karcinogenních metabolitů - Nekovalentní – snažší disociace Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

Limity distribuce II. Ionizovatelnost a rozpustnost v tucích ovlivňuje vazbu na proteiny.

LDL


Dieldrin


Matematika distribuce Metoda analýzy vazebných míst – rovnovážná dialýza  Určení – vazené afinity (Ka), počet vazebných míst, procento navázaného léčiva Nespecifická vazba – van der Walsovy síly, hydrofobní interakce – vnitřní vazebné konstanty přibližně stejné velikosti


(k1=k2=..=kn) Kbinding - rovn.konst pro asociaci TP - látk.konc komplexu T - látková koncentrace škodliviny P - látková koncentrace volného proteinu Nepopisuje vazebnou afinitu či vazebná místa – týká se vazeb síly vodíkové vazby či méně – snadná asociace/disociace

Dvojitě reciproční výnos 1/[TP] na 1/[T]


Matematika distribuce Scatchardova rovnice


n – moly ligandu (škodliviny) vázané na mol proteinu [T] – koncentrace volné škodliviny k – vnitřní afinitní konstanta n – počet míst s afinitou k

2 vazebná místa s rozdílnými afinitami

Váže-li se méně než 90% plasmatické koncentrace  malý klinický význam Např. 99% se váže a 1% je aktivní, pak při kompetitivní vazbě s jiným léčivem poklesne vazba na např. 94% a volné frakce je 6% 6 x více Vazba na proteiny může mít za následek sníženou eliminaci, je-li glomerulární filtrace jediná cesta eliminace


Matematika distribuce II. Distribuční objem (Vd) – popisuje objem kapaliny potřebné k

tomu, aby bylo dosaženo, při daném množství (A) škodliviny, stejné koncentrace (Cp) ve všech částech těla jako v plasmě

Malý Vd – vše v plasmě, difuze membránami je omezena


Velký Vd, větší i než teoretický objem kapalin v těle – rozpustné v lipidech, snadný prostup membránou (EtOH, DIAzepam), vazba na tkáňové proteiny

Vd – distribuční objem Vp – objem plasmy VTW – domnělý objem tkáně CTW – koncentrace v tkáni Frakce vázaná do tkáně Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.


Vazba na proteiny = Delší eliminace  delší účinek škodliviny


Toxikokinetika Rozšíření farmakokinetiky za použití vyšších koncentrací


Snaha odhadnout tkáňovou koncentraci v místě spojeném s toxickým účinkem Po vstupu do těla: - změna lokalisace, koncentrace, chemické identity eliminace,

- transport různými systémy, aktivace, akumulace

Každý proces lze popsat rychlostní konstantou kinetiky 1.řádu !!! Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.


Situace není statická !!! Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

Toxikokinetika


Clearence – kvantitativní zhodnocení eliminace = rychlost vyloučené škodliviny vzhledem k plasmatické koncentraci

- za fysiologických podmínek = objem krve vyčištěné od sloučeniny za jednotku času (sběr krve a moči)

Každý proces (absorbce, distribuce, eliminace) lze popsat jako rychlost.


Toxikokinetika 1.Řád – IV cesta – pokles – žádná absorpce


Obecně transportní proces

Rychlost eliminace

Jednokompartmentový model - nejjednodušší Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

Toxikokinetika


Toxikokinetická data nelze vždy vystihnout lineárním modelem. Složitější modely zahrnující transport mezi kompartmenty (všechny místa v těle s podobnými vlastnostmi)


Toxikokinetika


Ne IV podání !!!

AUC

t1/ 2

ln 2  kel

Biodostupnost = frakce látky, která dosáhne systémové cirkulace - 100% pro IV podání - závisí na místě podání, first pass efektu, atd.

c0 DOSE(m0 ) DOSE(m0 ) AUC    kel kelVD Cl


Toxikokinetika – příklad Králíkovi o hmotnosti 3 kg byla intravenosně aplikována látka v množství 10 mg/kg . V tabulce jsou uvedeny koncentrace látky v krvi v závislosti na čase. Určete eliminační konstantu (kel), poločas vylučování (t1/2), počáteční koncentraci (C0), distribuční objem (VD), plochu pod křivkou (AUC) a clearanci (Cl). Čas/min


Koncentrace/ mg/ml

5

15

45

90

120

3,86

3,03

1,45

0,47

0,22

Řešení:

C120  C0  e  kel t120 C5  C0  e  kel t5

C0 

C5

e  kel t 5

C120 0,22 ln C5 3,86 kel    0,0249 min 1 t5  t120  115 ln

C120  e kel (t5 t120) C5 t1/ 2  27,8 min C0  4,37mg / ml VD  6862,2ml AUC  175mg. min .ml 1 Cl  170,87ml. min 1


Eliminace škodlivin


= kritické pro přežití Jednobuněčné organismy – difuse

Mnohobuněčné organismy – zvýšená komplexnost  účinnost difuse byla kompromitována několika následky evoluce 1. nárůst velikost 2. zmenšení povrchu těla vůči hmotnosti 3. kompartmentalizace těl 4. nárůst v obsahu tuků 5. anatomické bariéry jako ochrana před vnějším prostředím


Eliminace škodlivin II.


3 majoritní cesty Játra – biotransformace lipofilních sloučenin na hydrofilní a eliminace do žluči Ledviny – sběr škodlivin filtrací a eliminace močí Plíce – odstranění těkavých sloučenin výdechem


Minoritní cesty Kůže – těkavé sloučeniny

Pot – ztráta cca 0.7 l vody denně, Investice do rozvoje vzdělávání

ve vodě rozpustné sloučeniny

Eliminace škodlivin III. Mléko – bohaté na lipidy a

lipoproteiny, eliminace v tucích i vodě rozpustných sloučenin (DDE, PCBs) – výhoda pro matku, ne však pro dítě Vlasy – Hg, kokain – analýza vlasů jako marker expozice


Renální eliminace - Transport oběhovým systémem - rozpustné látky difusí a cirkulací k místům eliminace


- lipofilní látky – vazba na proteiny či lipoproteinů – v místě eliminace difuse k membránám či vazba na receptory membrány s proteinem (endocytosa) a intracelulární procesy vedoucí k eliminaci

Ledviny – místa eliminace ve vodě rozpustných sloučenin - velikost - < 65000 Da projdou

- rozpustnost - lipofilní látky transportovány do ledvin vázané na proteiny – neschopné eliminace – nutnost biotransformace Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

Renální eliminace II. renální arterií. Funkční jednotka = nefron - síť kapilár = glomerulus Krev přiváděna


- vysoký tlak krve  přestup póry glomerulu a sběr v Bowmanově váčku (voda, glukosa, AK, močovina, cizí sloučeniny)

- proximální tubul – reabsorpce některých složek do krve (aktivním transportem) – glukosa, AK

- Henleho klička – reabsorpce vody v klesající části, iontů (Na+, K+, Cl-) ve stoupající části

Zbylý materiál ve filtrátu = moč


Jaterní eliminace Játra

- tvorba proteinů - biotransformace - eliminace exkrecí do žlučníku


Krev je dodávána ze 2 zdrojů: - jaterní arterie (okysličená krev) - portální žíla (živiny)

Spojení obou cév do sinusoid = prostory mezi hepatocyty – cca 70% povrchu hepatocytů je v kontaktu s krví


Enterohepatální cirkulace Dekonjugace ve střevě  zvýšení lipofility a absopce portální žílou do jater  konjugace – vyloučení do žluči  štěpení ve Investice do rozvoje vzdělávání

střevě…cyklus

Aktivní transport do žluči – ATPvazebné kazety (P-glykoprotein)


Eliminace plícemi -Těkavé sloučeniny


-Výměna plynů mezi krví a alveolem pasivní difusí


Ovlivnění metabolismu xenobiotik Stravovací návyky I - Proteiny - nízkoproteinová dieta – snížení monooxygenasové aktivity u krys - výhoda – např. dimethylnitrosamine - netoxický - nevýhoda – např. strychnin – více toxický


- Sacharidy – vysokosacharidová dieta = podobné účinky jako nízkoproteinová u krys

- Lipidy – deficity v linoleové kyselině či jiných nenasycených

=

redukce monooxygenasové aktivity

- Mikronutrienty – deficity vitamínů přinášejí pokles monooxygenasové aktivity (Riboflavin – pokles P450 reduktasy, nárůst P450; vitamin C – deficit vede k poklesu P450 u morčat; deficit A a E – pokles monooxygenasové aktivity; thiamin – nárůst; Co, Mn, Pb – pokles P450) Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

Nutriční potřeby pro metabolismus xenobiotik

Stravovací návyky II B3

B2

B5


B6

P450 – vitamin B komplexu, železo


Fysiologické účinky I. Vývoj - nárůst v množství enzymů po


narození u savců - rychlost nárůstu rozdílná mezi druhy - novorozenecká žloutenka - konjugace s glycinem dosahuje normálu po 30 dnech u krys, po 8 týdnech u lidí

Těhotenství - pokles mnoha XMEs (glukuronidace – progesteron je inhibitor UGT in vitro) - podobný účinek na sulfataci u těhotných krys a morčat

Nemoc - pokles schopnosti metabolizovat sloučeniny (hepatitis) - produkce prozánětlivých cytokinů aktivuje MAP kinasy které potlačují expresi a aktivitu některých XMEs Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

Fysiologické účinky II. Pohlavní rozdíly - rozdíly začnou být nápadné od puberty


- samci krys metabolizují některé látky (hexobarbital, aminopyrin) rychleji než samice - u člověka jsou rozdíly méně výrazné (P450, FMO, UGT)


Fysiologické účinky II. Hormony – thyroidní – nárůst v NADPH oxidaci u krys (větší u samic) - u myší snížena hydroxylace anilinu či hexobarbitalu

- adrenální hormony - odstranění adrenálních žláz vede k poklesu aktivity mikrosomálních hepatických enzymů u samců krys, ne u samic

- insulin – některé reakce fáze II sníženy u diabetických Investice do rozvoje vzdělávání

zvířat

Vlivy prostředí - Teplota – variace teploty = forma stresu (caffein u myší)

- Ionizující záření – redukce rychlosti metabolismu (hydroxylace steroidů)

- Světlo – krysy a myši – největší aktivita P450 na začátku temné fáze

- Vlhkost – účinek na mouchu domácí - Nadmořská výška – zvýšení či snížení (>1500m snižuje toxicitu strychninu u myší) Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.


Mezidruhové vlivy - komparativní toxikologie – studie variací v toxicitě exogenních sloučenin u rozdílných kmenů či taxonomických druhů - Přínos ve dvou oblastech – akutní toxicita a metabolismus - selektivní toxicita – sloučenina toxická k určitému druhu (hmyzu) - experimentální modely – vhodný model a extrapolace na člověka - enviromentální cyklus xenobiotik – rozsah metabolických procesů v přírodě - Rozdíly mezi taxonomickými třídami – tvorba glukosidů u hmyzu a rostlin vs glukuronidů u ostatních zvířat

Evoluční rozdíly v konjugaci Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.


Druhové rozdíly v metabolické konverzi fenolu in vivo


Chemické vlivy -

Lidé vystaveni spoustě sloučenin Xenobiotika mohou být induktory či inhibitory enzymových aktivit


Enzymová inhibice – nárůst či pokles toxicity -Kompetitivní – nárůst Km, Vm konstantní -Nekompetitivní – pokles Vm, Km stejná

-Akompetitivní – změna Vm a Km ve stejném poměru -Ireversibilní – kovy, CO Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

Chemické vlivy II.


Synergismus = 0 + 2 = 10 Potenciace = 2 + 2 = 10 Antagonismus = 2 + 2 = 1

Indukce exprese -TCDD (CYP1A) - fenobarbital (CYP2B a 3A) -rifampicin (CYP3A a 2C) - ethanol (CYP2E1) Ligandem aktivované transkripční faktory – PXR (CYP3A), AhR (CYP1A) Zvýšená stabilizace proteinů či mRNA (CYP2E1) Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.


Slovo závěrem….

Procesy distribuce a eliminace určují zda se stanete obětí………….


No title

Recommend Documents